JP2004295903A - Actuator control unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数のアクチュエータを協調して動作させるアクチュエータ制御装置に関する。 The present invention relates to an actuator control device that operates a plurality of actuators in a coordinated manner.
各工場ラインの部品組立搬送に用いるアクチュエータは、相互に機械的に組み合わされ、1つのワークの組立搬送を行っている。代表的には、制御の中心となる Programable Control(PC)等により、制御信号、およびその信号で増幅制御された電気、空気ドライバ等により制御され、さらにラインに点在する動作信号等をPCに返して一連の作業を行っている(非特許文献1参照)。 Actuators used for assembling and transporting parts in each factory line are mechanically combined with each other to assemble and transport one work. Typically, a control signal is controlled by a programmable control (PC) or the like, which is the center of the control, and is controlled by an electric or pneumatic driver, etc., which is amplified and controlled by the signal. Then, a series of operations are performed (see Non-Patent Document 1).
しかし、アクチュエータを協動させてワークを組立搬送する場合、直線および回転動作するアクチュエータを数個から数十個必要とし、それらのアクチュエータがワークの周囲に集中配置される。また、アクチュエータの動作を監視するためのセンサがアクチュエータおよびワークの周辺に点在することになる。 However, when assembling and transporting a work in cooperation with actuators, several to several tens of linearly and rotationally operated actuators are required, and these actuators are concentrated around the work. Further, sensors for monitoring the operation of the actuator are scattered around the actuator and the work.
例えば、ICチップを搬送する工程が数mm〜数10mmの場合もある一方、それらを行うアクチュエータは非常に狭い空間に集中することになる。ところが、各アクチュエータは駆動電気配線、駆動流体配管、各センサからの配線がPCまで乱雑に配置される。また、一方では各配線を束ねると非常に大きくなり、アクチュエータの動作に支障を来す。 For example, while the step of transporting the IC chip may be several mm to several tens of mm, the actuators that perform those steps are concentrated in a very narrow space. However, in each actuator, the driving electric wiring, the driving fluid piping, and the wiring from each sensor are randomly arranged to the PC. On the other hand, if the wires are bundled, they become very large, which hinders the operation of the actuator.
さらには、アクチュエータが機械的に連結分岐されると他方のPCに到る配線、配管は多大なものとなる。 Furthermore, if the actuator is mechanically connected and branched, the wiring and piping to the other PC become enormous.
1つの作業工程に係わるアクチュエータ群がベルトコンベアラインのごとく多数連ねられると、制御の中心となるPCはそれらをすべて監視制御することになり、CPU、信号伝達系の負荷が増大している。 When a large number of actuator groups related to one operation process are connected like a belt conveyor line, the PC which is the center of the control monitors and controls all of them, and the load on the CPU and the signal transmission system increases.
以上のように、アクチュエータの集中管理を行うと、アクチュエータの集中による配管、配線の増大と、集中管理制御するPCの負担が過度に大きくなる。また通信能力の限界による制限および装置のコストの上昇の原因になる。 As described above, when centralized control of actuators is performed, pipes and wirings are increased due to concentrated actuators, and the burden on a PC for centralized control is excessively increased. It also causes limitations due to limitations in communication capability and increases the cost of the device.
さらに、アクチュエータを個別に制御していると、アクチュエータ相互間の連係がとれていないとある部分の動作は欠けてしまい、システム全体として停止する原因になる。また、集中制御装置に異常が発生すると全体がダウンしてしまう。 Further, when the actuators are individually controlled, the operation of a certain portion is lost if the actuators are not linked to each other, which causes the whole system to stop. In addition, if an abnormality occurs in the centralized control device, the whole will be down.
本発明は、アクチュエータの種類を問わず、共通の命令で制御することが可能であるとともに、アクチュエータの種類を含む変更が容易なアクチュエータ制御装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an actuator control device that can be controlled by a common command regardless of the type of actuator and that can be easily changed including the type of actuator.
本発明のアクチュエータ制御装置は、複数のアクチュエータを協調して動作させるアクチュエータ制御装置において、
前記各アクチュエータに接続され、当該アクチュエータの動作制御を行う制御部と、
前記各制御部に接続され、ネットワークを介して前記各アクチュエータ間および上位の主制御装置間での情報の授受を同一のインタフェースにより行う通信制御部と、
を備えることを特徴とする。
An actuator control device of the present invention is an actuator control device that operates a plurality of actuators in a coordinated manner.
A control unit that is connected to each of the actuators and controls operation of the actuator;
A communication control unit connected to each of the control units and performing transmission and reception of information between the respective actuators and a higher-order main control device via a network by the same interface
It is characterized by having.
本発明は、アクチュエータの制御装置を分散化し、適当な作業単位に相関するアクチュエータの制御装置が相関するアクチュエータの情報を受け、制御指示命令および一連の Programまたは Procedureを送付し、他のアクチュエータのセンサの確認または Program、Procedure の適正な作動の確認、その終了を受け取ることにより、よりローカルに信号処理を行う。 The present invention decentralizes the actuator control device, the actuator control device correlated with an appropriate work unit receives the information of the correlated actuator, sends a control instruction command and a series of programs or procedures, and sends the control instruction command to another actuator sensor. Signal processing is performed more locally by confirming that the program or procedure is operating properly and receiving the end.
また、好適には、各アクチュエータの制御装置は制御管理の作業をそのグループの中で負荷の小さい制御装置にリアルタイムで再配置したり、全体の管理、センサの管理、異常の発見、警告等のプロセスを各制御装置に再配置して作業を行わせる。 In addition, preferably, the control device of each actuator rearranges control management work to a control device having a small load in the group in real time, or performs overall management, sensor management, abnormality detection, warning, etc. The process is relocated to each control device to perform work.
また、1つの作業であっても、そのCPUの Programのレベルのタスクを複数の制御装置に適正に分散し、再配置をリアルタイムで行い処理を迅速化する。 Even for one task, the task of the program level of the CPU is appropriately distributed to a plurality of control devices, reallocation is performed in real time, and processing is accelerated.
このとき、Program の基本構成として、Object-Oriented Systemとし、Model-Driven Approach に基づき、記述表現して Task 、Procedure 、Function、Program 、Moduleを構成して、複雑な半導体製造装置等のシステム記述に対応させる。 At this time, Object-Oriented System is used as the basic structure of the Program, and Task, Procedure, Function, Program, and Module are described and described based on the Model-Driven Approach to create a system description of complex semiconductor manufacturing equipment. Make it correspond.
制御装置を分散化しローカルに作業をすることができることにより、PCやドライバからの配線、配管、センサからの信号線、および制御信号線を著しく減少せしめることができ、空間的な余裕と、配線、配管等の動きによる傷害を少なくして信頼性が向上する。 By being able to work locally by decentralizing the control device, wiring from PCs and drivers, piping, signal lines from sensors, and control signal lines can be significantly reduced. Injury due to movement of piping etc. is reduced and reliability is improved.
本発明では、アクチュエータ同士および上位の主制御装置が、制御部を介して同一のインタフェースからなる通信制御部により接続されているため、各アクチュエータをその種類によらず共通の命令で制御することができるとともに、アクチュエータの変更が容易となるアクチュエータ制御装置を提供することができる。 In the present invention, since the actuators and the higher-level main control device are connected by the communication control unit having the same interface via the control unit, it is possible to control each actuator with a common command regardless of its type. It is possible to provide an actuator control device that can change the actuator easily.
また、本発明では、集中制御装置のPCの負荷が減少し、通信系のデータ量の減少による信頼性の向上、コストの減少ができる。 Further, according to the present invention, the load on the PC of the centralized control device is reduced, and the reliability and cost can be reduced by reducing the data amount of the communication system.
そして、各制御装置が相関を持ってタスク、Procedure 、Process を分担、再配置することにより制御装置のCPU、演算回路、通信の負荷を適正にでき、全体として適正な能力、コストを有する制御装置とすることができる。また、1つの制御装置が異常、もしくは緊急状態になった場合、他の制御装置がその支援または代行、管理、警報を行うことができる。 Each control unit can allocate tasks, procedures, and processes in a correlated manner and relocate it, so that the CPU, arithmetic circuit, and communication load of the control unit can be properly set, and the control unit has appropriate capacity and cost as a whole. It can be. Further, when one of the control devices becomes abnormal or in an emergency state, the other control device can perform the support or the substitute, the management, and the alarm.
以下、本発明について、図と共に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings.
一般的には、CIMの利用者は、自社の商品を効率的に生産するために、CIM(Computer Integrated Manufacturing)、FA(Factory Automation)の運用手段についての研究開発を行っている。当社が行う、その研究開発に対する仕事としては、CIMの利用者に対して当社で製造する、例えば、アクチュエータを利用したCIM、FAのためにその部品をシステムに組み込む(開発の)支援協力が主体となる。 Generally, users of CIM are conducting research and development on operation means of Computer Integrated Manufacturing (CIM) and Factory Automation (FA) in order to efficiently produce their own products. The work performed by the Company for its R & D activities is mainly for the cooperation of CIM users to manufacture (for example, integrate (develop)) parts into the system for CIM and FA using actuators. It becomes.
この支援協力の手段として、実物のアクチュエータをCIM、FAに対し構成し易い形、適切な性能、それに適した製造方法、供給方法、手段、互換性、メンテナンス性を有するものとする。 As a means of this support cooperation, it is assumed that a real actuator has a form easily configured for CIM and FA, appropriate performance, a manufacturing method, a supply method, means, compatibility, and maintainability suitable for it.
そして、これらのアクチュエータ自身がその支援協力手段を持つのみならず、当社と他のユーザ、協力者との間、および他の会社の内部での発注、製造、管理、計画、組み合わせがやりやすいように取り扱われるシステム(例えば、企業間勘定システム、ネットワーク、企業間物流システム、企業間設計共同作業ネットワークコンピュータシステム)に適することが必要である。そのための技術的装置(コンピュータネットワーク、EWSネットワーク管理システム、組立モジュール管理プロセッサ、それらのネットワーク管理ソフトウエア、OS)、組立、加工、倉庫、物流システムのインテリジェントネットワーク(WAN、LAN、LON)、そしてそれらのマンマシンインタフェース、さらに、異工場間、異なる部門間、異なる企業間、異なる地域、国間の異なるシステム、管理CIM、FAシステムをソフトウエアやプログラムやキャラクタの想定のみならず、その管理方法、データ構造、データ形式、ファイル構造、ファイル形式、データベース管理方法、発注システム等のインタフェースを合わせる手段を有する。この手段(電気的、プロトコル、データ構造)は、検索構造すべてを管理し、合わせ、時によっては双方ともに適当な対応修復を行う。 These actuators not only have their own means of support and cooperation, but also make it easy to place orders, manufacture, manage, plan, and combine between our company and other users and collaborators, and within other companies. (E.g., a business-to-business account system, a network, a business-to-business logistics system, and a business-to-business design collaboration network computer system). Technical equipment for it (computer network, EWS network management system, assembly module management processor, their network management software, OS), intelligent network of assembly, processing, warehouse, distribution system (WAN, LAN, LON), and so on Man-machine interface, different systems between different factories, different departments, different companies, different regions, different countries, management CIM, FA systems, as well as software, programs and character assumptions, management methods, It has means for matching interfaces such as a data structure, a data format, a file structure, a file format, a database management method, and an ordering system. This means (electrical, protocol, data structure) manages and matches the entire search structure, and in some cases both provide the appropriate correspondence restoration.
これらの目的のために、A. アクチュエータ、構造体、およびその構成部品(モータ、ボールネジ、タイミングベルト、ベアリングボックス、ベベルギヤボックス、センサ、プーリ等)を全て形状、取り付け、穴位置、幅等が規格化、互換性を有するブロック構造もしくはモジュール構造とすることにより、それぞれが独立して使用できるし、それらを組み立てることができる。 For these purposes, A. Actuators, structures, and their components (motors, ball screws, timing belts, bearing boxes, bevel gear boxes, sensors, pulleys, etc.) are all standardized in shape, mounting, hole position, width, etc. By adopting a block structure or a modular structure having compatibility and compatibility, each can be used independently and can be assembled.
取り付けも基本寸法を共通化することにより統一される。 Mounting is also unified by sharing the basic dimensions.
B. 各部材の製造方法、製造経過、検査結果およびその設計方法、取扱方法、それに接続される他部材および全体構成(階層構造)をデータ化し、その部材の使われ方のデータを全てコード化し、半導体回路等の回路手段や生物分子回路手段の人工的、疑似生物的回路による、アーティフィシャルライフと呼ばれる突然変位、交差、自然淘汰を有するGA(二重螺旋構造、三重螺旋構造等の螺旋構造により好適に実施されるGenetic Algorithm )を磁気的記録媒体や分子構造(核の配置等の)によるコード(DNA)の形に記憶させる。そしてそれらの組み合わせのデータを各部材が有するように、例えば、バーコード、メタルコード(磁性、非磁性によるパターン)、また、金属の表面にダイレクトレーザトリミング、もしくはリソグラフィ法によるパターン(これらは、電気、電子回路、メモリ、CPU、Programable システムを有し、金属の表面の凹部に加工され、その表面は金属表面と面一になるようコーティングする)を作成し、それらを記憶させたコード媒体は、部材の内部や表面にカプセルやテープ状のもので張り付ける。 B. Data on the manufacturing method, manufacturing process, inspection results, design method, handling method, other members connected to it, and overall configuration (hierarchical structure) of each member, and code all the data on how the member is used GA (helical structure such as double helix structure, triple helix structure, etc.) with sudden displacement, intersection, natural selection called artificial life by artificial or pseudo biological circuits of circuit means such as semiconductor circuits and biomolecule circuit means Is stored in the form of a code (DNA) by a magnetic recording medium or a molecular structure (such as the arrangement of nuclei). For example, a bar code, a metal code (magnetic or non-magnetic pattern), a direct laser trimming or a lithographic pattern on a metal surface (for example, , An electronic circuit, a memory, a CPU, and a Programmable system, are machined into recesses on the surface of the metal, and the surface is coated so as to be flush with the metal surface). Attach the inside or surface of the member with a capsule or tape.
もちろん、各部材のデータは管理コードによって他のコンピュータ上に管理データとして全て蓄え、コードによって引き出すことができる。ところが、このような構成にしたのでは管理コンピュータやそのためのシステムのある場合にのみ利用可能で、現場で緊急時に利用することはできない。 Of course, all the data of each member can be stored as management data on another computer by the management code, and can be extracted by the code. However, such a configuration can be used only when there is a management computer and a system therefor, and cannot be used in an emergency at the site.
よってこれらのコード読み取り器を現場に持って行き、または、現場に必要に応じて配置したり、ロボットやアクチュエータに内蔵もしくは、予め決められた取り付け手段によって配置され、その場でその部材の経歴、処理、再構成のための対応を実行する自己再生手段を有する部材、アクチュエータ等の機能が必要である。 Therefore, these code readers are brought to the site, or placed on the site as necessary, built in the robot or actuator, or arranged by predetermined mounting means, the history of the member on the spot, Functions such as members and actuators having a self-regeneration means for executing processing and reconstruction are required.
そのために、アクチュエータの制御装置がモータや電磁弁の種類に対して自由度を有し、置換、組み替えができるようにし、アクチュエータの Identification (同定)が自己および周囲からできる識別情報保持手段を設ける(バーコード、メモリカード、RAM、EPROM、演算装置、マイクロウエーブ等によるワイアレスIDモジュール等)。また、アクチュエータが受けた経歴、経験を自動的に記録する。 For this purpose, the actuator control device has a degree of freedom with respect to the type of the motor and the solenoid valve, allows replacement and rearrangement, and provides identification information holding means that allows identification of the actuator from itself and the surroundings ( Barcodes, memory cards, RAMs, EPROMs, arithmetic devices, wireless ID modules using microwaves, etc.). In addition, the history and experience received by the actuator are automatically recorded.
そして、各アクチュエータが個々にコントローラを有し、ネットワーク通信手段によって統合化され、それらはいくつかの機械的に統合されたアクチュエータグループ、いくつかの相関的に作業、関連するアクチュエータグループ、もしくはそれらが統合化されFMSに各アクチュエータが負荷、生産工程、および変更、最適化に従って再配置、再構成されるアクチュエータ群およびそのセル化、グループ化、ユニット化されたものとする。さらにこれが、ネットワーク手段によって統合化される各セル、グループ、ユニット、各アクチュエータはネットワーク上のネットワークアドレスやネットワークコントロールプロセス管理体によって管理され、必要に応じて資源やアドレス、その他を再構成される。それらは、ネットワークが作動していてもなされる。ネットワーク管理はUNIX(登録商標)等にインプリメントされているLANコントロール(NFS等のネットワークプロトコルTPC/IP)やMAP等においてコントロールされる。ローカルコントローラのプログラムも上位、中位、下位、並列の他のコントローラから適宜初期ロード、再ロードされる。 Then, each actuator has its own controller and is integrated by means of network communication, which may include several mechanically integrated actuator groups, some correlated operations, related actuator groups, or It is assumed that each actuator is rearranged and reconfigured according to load, production process, change, and optimization in the integrated FMS, and the actuators are grouped, grouped, and unitized. Furthermore, each cell, group, unit, and each actuator integrated by the network means is managed by a network address on the network and a network control process management body, and resources and addresses are reconfigured as necessary. They are done even when the network is up. Network management is controlled by LAN control (network protocol TPC / IP such as NFS) or MAP implemented in UNIX (registered trademark) or the like. The program of the local controller is also initially loaded and reloaded from other controllers in the upper, middle, lower, and parallel states.
各コントローラは各アクチュエータの構造体の内部に配置され、好適には外に突起が出ないように面一もしくは面より一段落として不要な誤動作を防ぐよう形成されている。構造体は規格にあった、もしくは、標準化されたTスロットを有したアクチュエータ、構造体、構造部材である。各構造部材は各コントローラに関連する信号線、ネットワーク用配線およびワイヤレス結合がなされ各プロファイル内の孔部、溝部、内部、外部に付帯される。また、空気通路をその利用に供する。各アクチュエータまたは構造体は相互もしくは一方のみについて相互に拘束されている時、固定、相対運動をする結合において、信号、電源、空気圧等を送ったり送られたりする機能を有する。また、各構造体はその伝送路およびその複合伝送路を有し、光伝送路は光ファイバの代わりに水、油、空気伝送路を利用してもよい。 Each controller is disposed inside the structure of each actuator, and is preferably formed so as to prevent an unnecessary malfunction from occurring on the same plane or as one paragraph from the plane so that the projection does not come out. The structure is an actuator, structure, or structural member having a standardized or standardized T-slot. Each structural member is associated with a signal line, network wiring, and wireless connection associated with each controller, and is attached to holes, grooves, inside, and outside in each profile. Also, an air passage is provided for its use. Each actuator or structure has the function of sending and receiving signals, power, pneumatics, etc., in a fixed, relative movement connection when constrained to each other or only one of them. Each structure has its transmission path and its composite transmission path, and the optical transmission path may use water, oil, or air transmission paths instead of optical fibers.
アクチュエータ、構造体の相関の拘束を与える直線や回転のガイド手段はアクチュエータの構造部材、構造体本体に直接構成される。 A linear or rotational guide means for restricting the correlation between the actuator and the structure is directly provided on the structural member of the actuator and the structure body.
信号系は、バス、光通信、ワイヤレス通信、マイクロウエーブ、超音波通信により行われる。電気パワーは、トロリーガイド、回転ブラシ、コロブラシにより集電される。光電池等によって伝送されるマイクロウエーブ等によってパワーと信号を一体として伝送する。センサ、コントローラ、ドライブはマイクロウエーブ等からのパワーを使用もしくは電池を有してストレージして使用する。 The signal system is performed by bus, optical communication, wireless communication, microwave, and ultrasonic communication. Electric power is collected by a trolley guide, a rotating brush, and a roller brush. The power and the signal are transmitted integrally by a microwave or the like transmitted by a photovoltaic cell or the like. The sensors, the controller, and the drive use power from a microwave or the like, or store and use a battery.
各アクチュエータに対し、これらのステーションを1つもしくは2つ以上の規格化されたモジュール回路、ボックスが配されている。 For each actuator, one or more of these stations are provided with standardized module circuits and boxes.
また、各アクチュエータは、全ての制御機能要素を有することができ、また、その制御機能要素の一部を適宜選択して置換移設をすることができる。それは組み立てる前でも途中でもその後でも実行できる。 In addition, each actuator can have all control function elements, and a part of the control function elements can be appropriately selected and replaced. It can be performed before, during or after assembly.
コントローラは、各制御のための電源(発電機、化学電池、燃料電池、生体電池、内燃エンジン、太陽電池、室内用光電池、マイクロウエーブ)を有し、また、自立的に制御ドライブすることもできる。また、コントローラは流体圧制御の切り替え弁(パイロット式2方弁、3方弁、4方弁、5方弁)を有したり、出力、入力圧力フィードバックをした回転数、Torque 制御部をインバータコントロールドライバとスクロールコンプレッサ等と一体にして比例制御弁、PMWパルスバルブやスクロールコンプレッサ等のコンプレッサ、真空ポンプを個々または1台のスクロールコンプレッサの吸気を真空発生に用いたものを配したFRL(Filter、減圧弁、必要に応じてルブリケータ)を有する。電動アクチュエータと流体系を複合化して負荷応答圧力自動制御(フィードフォワード+フィードバック)またはニューロンコントローラによる適応制御を行う各コントローラは電動アクチュエータ+エアバランサとの組み合わせが可能となっているもの、そして各アクチュエータや上位制御装置や上位経営レベルコンピュータの中身を見たりデータを変更したりすることもできる手段を有し、ビットマップカラーLCDを有し、マイクロキーボードを有する。 The controller has a power source (generator, chemical battery, fuel cell, biological battery, internal combustion engine, solar cell, indoor photovoltaic cell, microwave) for each control, and can also independently control and drive. . The controller has a switching valve for fluid pressure control (pilot type two-way valve, three-way valve, four-way valve, five-way valve). A FRL (Filter, decompression) in which a proportional control valve, a PWM pulse valve, a compressor such as a scroll compressor, and a vacuum pump are used individually or in a single scroll compressor to generate a vacuum by integrating a driver and a scroll compressor. Valve and, if necessary, a lubricator). Each controller that performs load response pressure automatic control (feed forward + feedback) or adaptive control by neuron controller by combining electric actuator and fluid system can be combined with electric actuator + air balancer, and each actuator And a means for viewing the contents of the host computer and the upper management level computer and changing data, a bitmap color LCD, and a micro keyboard.
次に、本発明の実施例を図と共に説明する。 Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1に各種のアクチュエータを組み合わせた基本的な例を示す。 FIG. 1 shows a basic example in which various actuators are combined.
図1のアクチュエータの組み合わせは、X軸に相当するアクチュエータ10とY軸に相当するアクチュエータ12とZ軸に相当するアクチュエータ14とθ軸に相当するアクチュエータ16とチャック38、40を駆動するアクチュエータ18、20とから構成される。
1 includes an actuator 10 corresponding to the X axis, an
そして、X軸に相当するアクチュエータ10は、ボールねじとサーボ機構とガイドからなる電動アクチュエータ22と、電動アクチュエータ22を制御する制御装置24とから構成され、Y軸に相当するアクチュエータ12は、タイミングベルトとステッピングモータとガイドからなる電動アクチュエータ26と、電動アクチュエータ26を制御する制御装置28とから構成される。
The actuator 10 corresponding to the X axis includes an
また、Z軸に相当するアクチュエータ14は、空気圧アクチュエータ30と空気圧アクチュエータを制御する制御装置32から構成され、θ軸に相当するアクチュエータ16は、ステッピングモータとハーモニックドライブからなる電動ロータリアクチュエータ34と電動ロータリアクチュエータ34を制御する制御装置36とから構成される。
The actuator 14 corresponding to the Z axis is composed of a pneumatic actuator 30 and a
さらに、チャック38、40を駆動するアクチュエータ18、20は、各々、空気圧アクチュエータ42、44と空気圧アクチュエータ42、44を制御する制御装置46、48から構成される。
Further, the
次に、個々のアクチュエータの構成を図と共に説明する。 Next, the configuration of each actuator will be described with reference to the drawings.
図2は、X軸に相当するアクチュエータ10の概略を示す図である。
FIG. 2 is a diagram schematically illustrating the
アクチュエータ10の電動アクチュエータ22は移動体50を移動させるためのボールねじ52と、移動体50を案内するためのガイド54と、ボールねじ52を駆動するためのモータ56と、モータ56を制御するためのサーボ機構58と、アクチュエータ10を制御するための制御装置60とから構成される。なお、アクチュエータ10には移動体50の位置を検出するための位置センサ62が設けられている。
The
図3Aは、図2のモータ56の構造を示す一例である。図2に示すモータ56は、多段型の構造をしており、固定子を構成する電機子51は2段になっている。回転子はベアリング55に支承された軸61に固定された永久磁石53から構成される。電機子51、51は、夫々、図3Bに示すように、例えば、磁極59が6極設けられ、電機子51、51の磁極59は互いに30度の角度差を設けてある。そして、1段目と2段目の電機子51、51を交互に励磁することにより、12極のモータ56を回転させることと同様に回転が滑らかになる。また、12極のモータ56に比べれば、極数が少なく小型化でき、電機子51に巻線を多く巻回することができるので大きなトルクが得られる。なお、参照符号57はエンコーダである。
FIG. 3A is an example showing the structure of the
図4は、Y軸に相当するアクチュエータ12の概略を示す図である。
FIG. 4 is a diagram schematically illustrating the
アクチュエータ12の電動アクチュエータ26は移動体64を移動させるためのタイミングベルト66と、移動体64を案内するためのガイド68と、タイミングベルト66を駆動するためのステッピングモータ70と、アクチュエータ12を制御するための制御装置72とから構成される。
The
図5は、Z軸に相当するアクチュエータ14の概略を示す図である。
FIG. 5 is a diagram schematically illustrating the
アクチュエータ14の空気圧アクチュエータ30は移動体(図示せず)を移動させるためのピストン74と、シリンダ76と、ピストン74を駆動する駆動装置78と、アクチュエータ14を制御するための制御装置80とから構成される。
The pneumatic actuator 30 of the
図6は、θ軸に相当するアクチュエータ16の概略を示す図である。
FIG. 6 is a diagram schematically illustrating the
アクチュエータ16は、ステッピングモータとハーモニックドライブからなる電動ロータリアクチュエータ34と電動ロータリアクチュエータ34を制御する制御装置36とから構成される。
The
図7は、チャック38、40を駆動するアクチュエータ18、20の概略を示す図である。アクチュエータ18、20は、各々、空気圧アクチュエータ42、44と空気圧アクチュエータ42、44を制御する制御装置46、48とから構成される。なお、チャック38、40の代わりに吸着パッド81を用いる場合には、図8に示すように、空気圧アクチュエータ42、44を用いる。
FIG. 7 is a view schematically showing the
ここで、アクチュエータ84と脚部86の関係を示す例を図9に示す。この例では、アクチュエータ84は、モータ88と、移動体90とフレーム92と制御装置94とから構成され、移動体90には信号接続用の接点96が設けられ、フレーム92の端部には、信号接続用の信号バス98が露出している。そして、信号バス98と脚部86のバス100とはそれらが結合されるときに、接続される。制御装置94には必要に応じて、各アクチュエータや上位制御装置や上位経営コンピュータの中身を表示できるディスプレイ102を設けたり、ディスプレイ102に表示させるデータを取り出すための信号を入力したり、データを変更したりする入力手段を設ける。一方、脚部86にはネットワーク制御装置104を設ける。ネットワーク制御装置104にも制御装置94と同様にディスプレイ106を設ける。さらに、ネットワーク制御装置104には、図10に示すように、フロントパネル108を設け、これに各部材の全てのデータを記憶すると共に識別用のIDを有するカード110を挿入できるようにする。
Here, an example showing the relationship between the actuator 84 and the
次に、制御装置の構成について説明する。 Next, the configuration of the control device will be described.
図11は、図2に示すアクチュエータの制御装置の構成を示す図であり、図2のサーボ機構58に含まれる、ドライバ電源114から電源が供給される駆動ドライバ112が制御装置60に接続され、制御装置60は、バス116で接続されたCPU118とメモリ120と通信制御装置122と入出力制御装置124および入出力制御装置124に接続された入力部126と出力部128から構成される。そして、入力部126には図2に示す位置センサ62が接続される。
FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration of a control device of the actuator illustrated in FIG. 2. A driving
前記サーボ機構58は、モータ56を駆動するドライバと、これらを統合的に制御するドライバコントローラとを有する。なお、ドライバは、PWM、デジタル制御によるインバータ制御を行うものである。
The
制御装置60は、アクチュエータ動作プログラムを管理し、位置命令および速度命令をサーボ機構58に伝え、さらに、モータ56およびサーボ機構58の各要素からのフィードバック信号を監視するものである。
The
制御装置60のコミュニケーションインタフェースは、例えば、RS232C、RS422に代表されるシリアルインタフェースやGP−IB、BCD、セントロニクスパラレルLAN専用インタフェース、100Mbps等の高速光LAN、ゲートウェイ等により代表されるパラレルインタフェース等を介して、LANまたは外部のコントローラ、PC、コンピュータ等やイーサネット(登録商標)、トークンリング、MAP、PC LAN、LON(Local Operating Network 、例えば、特表平3−504066号、特表平3−505642号参照)、WAN、OSI等に代表されるコミュニケーションとコントロールモジュールとの相互通信を行うものである。
The communication interface of the
これら制御装置の各要素は、小型化を実現するために一体的に構成してもよいし、あるいは、各機能毎に分離可能とし多種類のアクチュエータとの共有化を可能として汎用化と低コスト化を図ってもよい。例えば、コントロールモジュールをASIC、ワンチップマルチCPU、DSP、ニューロンチップによるAIコントローラ等を用いてコントロール機能のフルデジタル化、セミデジタル化を行い、高機能と低コストを両立させてもよい。さらに、ソフトウエアもしくは予めまたは途中で必要に応じて所定のソフトウエアを切り換えることにより、各種のインダクションモータ、ACサーボモータ、DCサーボモータ、ステッピングモータに止まらず、空気圧アクチュエータ、ベルトプーリによるカウンタバランス、ベルトプーリによるシリンダエアバランス、倍速エアバランサおよびそれらの複合制御、フィードフォワード制御、速度S字カーブ制御、オブザーバ制御、力制御、位置・速度制御、X、Y、Z、θ等の多軸制御、コンベア、リフタ等の装置制御も同時もしくは一体で制御可能とすることにより、一層、高い機能と低コストを両立させることができる。以上のようなシステム構成であるからCIM/FAにおけるインテリジェントで自立分散システムが達成できる。 Each element of these control devices may be integrally configured to achieve miniaturization, or may be separable for each function and shared with various types of actuators to achieve versatility and low cost. May be achieved. For example, the control function may be fully digitalized and semi-digitalized using an ASIC, a one-chip multi-CPU, a DSP, an AI controller using a neuron chip, or the like, to achieve both high functionality and low cost. Furthermore, by switching software or predetermined software as needed in advance or on the way, not only various induction motors, AC servo motors, DC servo motors, stepping motors, but also pneumatic actuators, counter balance by belt pulleys, Cylinder air balance by belt pulley, double speed air balancer and their combined control, feed forward control, speed S-curve control, observer control, force control, position / speed control, multi-axis control such as X, Y, Z, θ, etc. By making it possible to simultaneously or integrally control devices such as a conveyor and a lifter, it is possible to achieve both higher functions and lower costs. With the system configuration as described above, an intelligent and independent distributed system in CIM / FA can be achieved.
この場合、被制御モータや対応インタフェース形式をインピーダンス、回路構成等や、データキャリア技術を利用した識別メモリ、バーコード、IDタグ等から判断して、自動的にソフトウエア的に対応すれば、ネットワークやライン構築時に大幅な省力化、インテリジェント化を図ることができる。また、モータ等に対する電力供給線を利用して、且つ、耐ノイズ性のある分散通信、スペクトラム拡散通信等を利用して同時に信号を伝達し、大幅な省配線を行ってもよい。アクチュエータの騒音対策として、振動解析(モーダル解析)、測定をCAEと併用してシステムを同定し、アクティブノイズコントロールを行ってもよい。 In this case, if the controlled motor and the corresponding interface type are determined from impedance, circuit configuration, etc., identification memory using data carrier technology, barcode, ID tag, etc., and the software is automatically used, the network can be used. And labor saving and intelligent operation when constructing lines. In addition, a signal may be transmitted simultaneously using a power supply line for a motor or the like, and at the same time using distributed communication, spread spectrum communication, or the like having noise resistance, so that significant wiring saving may be performed. As a measure against noise of the actuator, vibration analysis (modal analysis) and measurement may be used together with CAE to identify the system, and active noise control may be performed.
また、図12は、図5に示すアクチュエータの制御装置32の構成を示す図であり、図5の駆動装置78に含まれる、エア源132に接続された電磁弁電空変換器130が制御装置80に接続され、制御装置80は、バス134で接続されたCPU136とメモリ138と通信制御装置140と入出力制御装置142および入出力制御装置142に接続された入力部144と出力部146とから構成される。そして、入力部144には図5に示すセンサ82が接続される。
FIG. 12 is a diagram showing the configuration of the
上記のように構成されたアクチュエータは、図13に示すように、中央制御装置152に、通信手段154により各々のアクチュエータ156、160の制御装置158、162が接続されている。図13で示す例では、アクチュエータ156、160は2つの群164、166が中央制御装置152に接続されている。
In the actuator configured as described above, the control devices 158 and 162 of the actuators 156 and 160 are connected to the
図13に示したアクチュエータの接続の動作を図14を用いて説明する。 The connection operation of the actuator shown in FIG. 13 will be described with reference to FIG.
ここではアクチュエータ156aと156bについて説明する。
Here, the
先ず、アクチュエータ156aが駆動される(S1)。ついでアクチュエータ156aの駆動が完了する(S2)。アクチュエータ156aの駆動が完了すると、アクチュエータ156bの制御装置によりアクチュエータ156aの動作を確認する(S3)。アクチュエータ156aの動作が正常ならば、アクチュエータ156bを駆動する(S4)。アクチュエータ156bの動作が完了したら(S5)、アクチュエータ156aの制御装置でその動作を確認する(S6)。もしここで、アクチュエータ156aの異常が検出されたら(S7)、警報を発し(S8)、アクチュエータ156bの制御装置で異常信号の分析を行う(S9)。そしてアクチュエータ156bを原点復帰させる(S10)、と共に、アクチュエータ156aも原点復帰させる(S11)。ここで夫々自己診断を行い(S12、S14)、その結果を記録し(S16、S18)、表示する(S17、S19)。一方アクチュエータ156aの制御装置ではアクチュエータ156bの自己診断結果を確認し、もしそれがOKならばアクチュエータ156aをスタートさせる(S15)。
First, the
次に、柱状部材やアクチュエータ等を組み合わせることによる構造体について説明する。 Next, a structure formed by combining a columnar member, an actuator, and the like will be described.
図15に例示したアクチュエータ構造体210は、作業工程に応じて、第1セクション212と、それに併設される第2セクション214とから基本的に構成され、第1セクション212にベルトコンベア216が併設されている。
The
第1セクション212には、アクチュエータ218の一端部にアクチュエータ218の上面と面一に配設されたモータボックス220および表示部を有する制御装置222が設けられている。このモータボックス220および制御装置222は、これらが配設されるアクチュエータ218の上面と面一に形成することにより、他の部材に取り付ける際の互換性を有すると共に、形状がコンパクトであるためスペースの有効利用を図ることができる。従って、図中に示す他のモータボックス224、226等においても、配設されたアクチュエータの上面と面一に形成することが可能である。
The
一方、第2セクション214には、アクチュエータ228、230に併設されたバランサ232がそれぞれ対向して立設され、併設されたアクチュエータ228、230およびバランサ232の移動体234、236には、アクチュエータ238の両端部がそれぞれ連結される。アクチュエータ238は併設されたアクチュエータ228、230およびバランサ232に対してそれぞれ略直交すると共に、略水平状態を保持して連結される。アクチュエータ238の移動体240にはアクチュエータ242が連結され、アクチュエータ242の移動体244にはロッドの先端部にメカニカルハンド246が接続されたシリンダ248が連結されている。第1セクション212と第2セクション214とが連結される部位およびその長手方向に指向してアクチュエータ250、252が連設され、アクチュエータ250、252の移動体254、256にはそれぞれ位置決め用のシリンダロッドを有するシリンダ258、260が連結されている。
On the other hand, in the
第1セクション212と連設してベルトコンベア216が設けられ、その連設部位には、制御システムの入出力装置としての機能を有するプログラミングキーボード262、264が設けられている。このプログラミングキーボード262、264は、柱状部材266に対して着脱自在に取着され、アクチュエータ構造体210内に組み入れられた各種機器、具体的には各種アクチュエータ268、238、242、228、230、250、252、バランサ232、シリンダ258、248、260、メカニカルハンド246、およびベルトコンベア216等を制御システムにより統括的に管理することができる。なお、制御システムを構成する各種制御装置、プロセッサ、および、例えば、光信号、電気信号、流体圧信号等からなる各種信号の伝達回路は、それぞれアクチュエータおよび柱状部材266の内部に収納される。
A
次に、アクチュエータ構造体210が全体において複数の工程を有し、独立した生産ラインとして機能する場合について説明する。
Next, a case where the
図16に示すように、倉庫270より無人車272およびベルトコンベア216を介して図示しないIDモジュールを備えた部品パレット274が搬送される。この部品パレット274は、アクチュエータ構造体210の第1セクション212に搬入され、所定の工程が施される。なお、ワーク276においては、同様にIDモジュールが備えられているものとする。その後、図示しない搬送手段を介して部品パレット274を第2セクション214に搬入する。第2セクション214においては、所定の工程が施された後、所定の生産ラインを全工程終えてさらに他の工程に搬送される。
As shown in FIG. 16, a
一方、アクチュエータ構造体210の各セクションが独立した生産ラインとして機能する場合について説明する。
On the other hand, a case where each section of the
図16において、アクチュエータ218は第1のアクチュエータ制御装置298により、アクチュエータ268、シリンダ278および吸着用パッド280は第2のアクチュエータ制御装置300により、アクチュエータ282およびバランサ232、第1のバランサ制御装置304によりそれぞれ制御される。さらに、第1のアクチュエータ制御装置298、第2のアクチュエータ制御装置300および第1のバランサ制御装置304は、それぞれマルチバス284を介して第1の多軸制御装置306に接続され、1つの作業単位として統合的に制御される。また、アクチュエータ250およびシリンダ258は、第3のアクチュエータ制御装置302により制御され、マルチバス284を介して第2の多軸制御装置308に接続され、1つの作業単位として統合的に制御される。
16, an
このように、アクチュエータ構造体210における第1セクション212の統合的制御は、電気信号、光信号、無線通信等を利用したLANにより第1の多軸制御装置306、第2の多軸制御装置308に接続された第1の管理用マイクロプロセッサ324を介して行われる。
As described above, the integrated control of the
アクチュエータ構造体210における第2セクション214において、前記と同様に、アクチュエータ238は、第4のアクチュエータ制御装置310により、アクチュエータ242、シリンダ248およびメカニカルハンド246は第5のアクチュエータ制御装置312により、アクチュエータ252およびシリンダ260は第6のアクチュエータ制御装置314により、アクチュエータ228およびバランサ232は第2のバランサ制御装置316により、アクチュエータ230およびバランサ232は第3のバランサ制御装置318によりそれぞれ制御される。
In the
第2のバランサ制御装置316および第3のバランサ制御装置318は、アクチュエータ238を水平状態に保持しながら略鉛直方向に移動させるためにそれぞれローカル制御装置286に接続され、統合同期制御が行われる。第4および第5のアクチュエータ制御装置310、312およびローカル制御装置286は、それぞれマルチバス296を介して第3の多軸制御装置328に接続され、1つの作業単位として統合的に制御される。従って、第2セクション214における統合的制御も、電気信号、光信号、無線通信等を利用したLANにより第3の多軸制御装置328および第4の多軸制御装置322に接続された第2の管理用マイクロプロセッサ326により行われる。なお、これらの第1乃至第6のアクチュエータ制御装置298、300、302、310、312、314は、それぞれバランサ制御装置として機能することも可能であり、一方、第1乃至第3のバランサ制御装置304、316、318はアクチュエータ制御装置として機能することも可能である。
The
次に、ベルトコンベア216は、ベルトコンベア用制御装置288により制御され、無人車272および倉庫270はそれぞれ図示しない制御装置、制御システムにより制御される。
Next, the
第1の管理用マイクロプロセッサ324および第2の管理用マイクロプロセッサ326、ベルトコンベア用制御装置288および無人車272、倉庫270の各制御装置(図示せず)は、それぞれ電気信号、光信号、無線信号等を利用したLANによりネットワーク化されており、相互に自由に情報を伝達することができ、このため、独立した生産ラインとしてのアクチュエータ構造体210の統合的な制御システムを構成することができる。
The
このLANネットワークには、同等の生産ラインとしてのアクチュエータ構造体210の制御システムに止どまらず、他の生産、管理、情報、通信、制御システムが接続されて、より大規模な統合生産管理システムが構築される。例えば、LANネットワークにFA、CIMに見られるような上位の経営コンピュータとして働く生産管理用コンピュータ290を接続し、さらに大規模な統合生産システムのネットワークの一部としてもよい。この場合、CIMにより管理された工程、発注システムに応じて発注、工程管理、組立、加工、搬送手順とそれに伴う各アクチュエータ、センサ、パレット、ロボット、制御装置等の制御対象を上記工程に従って作動させるように適宜プログラム手順もしくはプログラム編集をリアルタイムで行う。
This LAN network is connected not only to the control system of the
これらのシステムのユーザインタフェースとしては、図15に示すようなプログラミングキーボード262、264等の入出力装置292、294が用意されている。これらの入出力装置292、294は、RS232C、RS422C等の汎用インタフェースや電気信号、光同軸通信、無線信号等によるLANおよびマルチバス、イーサネット(登録商標)、トークンリンクにより自由に各制御装置、プロセッサ、コンピュータ等に接続することができる。また、上位のCIMコンピュータや制御装置、プロセッサ等に接続可能な入出力装置または汎用インタフェースが用意されている、この場合、コントロールプログラムの編集、作成、変更、ダウンロード、アップロード、入出力等の作業全体を上位のCIMコンピュータだけに止どまらず、各制御装置、プロセッサ、コンピュータ等で行うことが可能である。さらに、任意の制御装置、プロセッサ、コンピュータにアクセスすることが可能である。この場合、マルチバス(マルチバスは他の伝送手段と置換してもよい)、LANを介して通信を行ってもよいが、それぞれすべての制御装置、プロセッサ、コンピュータを互いにネットワークにより直接的に連結してもよい。また、ソフトウエア的に仮想ネットワークにより直接に連結してもよい。これにより、作業現場における全体の制御、管理情報の監視、操作が可能になり、作業性の向上のみならず各作業、工程管理におけるシステム全体の統合性を保存した独立個別制御が可能となる。これは、システム全体の柔軟性を高めることとなり、システム変更、保守、多品種小量生産に非常に有効である。
As the user interface of these systems, input /
10、12、14、16、18、20…アクチュエータ
24、28、32、36、46、48…制御装置
62、82…位置センサ 98…信号バス
100、116…バス 102…ディスプレイ
104…ネットワーク制御装置 110…カード
118…CPU 122…通信制御装置
124…入出力制御装置
10, 12, 14, 16, 18, 20 ...
Claims (2)
前記各アクチュエータに接続され、当該アクチュエータの動作制御を行う制御部と、
前記各制御部に接続され、ネットワークを介して前記各アクチュエータ間および上位の主制御装置間での情報の授受を同一のインタフェースにより行う通信制御部と、
を備えることを特徴とするアクチュエータ制御装置。 In an actuator control device that operates a plurality of actuators in cooperation,
A control unit that is connected to each of the actuators and controls operation of the actuator;
A communication control unit connected to each of the control units and performing transmission and reception of information between the respective actuators and a higher-order main control device via a network by the same interface
An actuator control device comprising:
前記制御部に接続されている前記各アクチュエータを識別するための識別情報を保持する識別情報保持手段を備えることを特徴とするアクチュエータ制御装置。 The device of claim 1,
An actuator control device, comprising: identification information holding means for holding identification information for identifying each of the actuators connected to the control unit.
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